1、發(fā)酵工程發(fā)酵工程（Fermentation Engineering）第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述發(fā)酵的相關(guān)概念發(fā)酵的相關(guān)概念 發(fā)酵工程的發(fā)展簡(jiǎn)史發(fā)酵工程的發(fā)展簡(jiǎn)史 發(fā)酵類型發(fā)酵類型微生物發(fā)酵生產(chǎn)的藥物微生物發(fā)酵生產(chǎn)的藥物一、發(fā)酵的相關(guān)概念一、發(fā)酵的相關(guān)概念 發(fā)酵發(fā)酵：傳統(tǒng)發(fā)酵：傳統(tǒng)發(fā)酵 生化和生理學(xué)意義的發(fā)酵生化和生理學(xué)意義的發(fā)酵 工業(yè)上的發(fā)酵工業(yè)上的發(fā)酵 傳統(tǒng)發(fā)酵傳統(tǒng)發(fā)酵：最初發(fā)酵是用來(lái)描述酵母菌作用于果汁或：最初發(fā)酵是用來(lái)描述酵母菌作用于果汁或麥芽汁產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象，或者是指酒的生產(chǎn)過(guò)程。麥芽汁產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象，或者是指酒的生產(chǎn)過(guò)程。生化和生理學(xué)意義的發(fā)酵生化和生理學(xué)意義的發(fā)酵：指微生物在無(wú)氧條件

2、下，：指微生物在無(wú)氧條件下，分解各種有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)生能量的一種方式，或者更嚴(yán)格分解各種有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)生能量的一種方式，或者更嚴(yán)格地說(shuō)，發(fā)酵是以有機(jī)物作為電子受體的氧化還原產(chǎn)能地說(shuō)，發(fā)酵是以有機(jī)物作為電子受體的氧化還原產(chǎn)能反應(yīng)。如葡萄糖在無(wú)氧條件下被微生物利用產(chǎn)生酒精反應(yīng)。如葡萄糖在無(wú)氧條件下被微生物利用產(chǎn)生酒精并放出并放出CO2。工業(yè)上的發(fā)酵工業(yè)上的發(fā)酵：泛指利用微生物制造或生產(chǎn)某些產(chǎn)品：泛指利用微生物制造或生產(chǎn)某些產(chǎn)品的過(guò)程的過(guò)程 包括：厭氧培養(yǎng)的生產(chǎn)過(guò)程，如酒精，乳酸等；包括：厭氧培養(yǎng)的生產(chǎn)過(guò)程，如酒精，乳酸等；通氣（有氧）培養(yǎng)的生產(chǎn)過(guò)程，如抗生素、氨基酸、通氣（有氧）培養(yǎng)的生產(chǎn)過(guò)程，如抗生素、氨

3、基酸、酶制劑等。產(chǎn)品有細(xì)胞代謝產(chǎn)物，也包括菌體細(xì)胞、酶制劑等。產(chǎn)品有細(xì)胞代謝產(chǎn)物，也包括菌體細(xì)胞、酶等。酶等。發(fā)酵工程發(fā)酵工程：利用微生物的特定性狀，通過(guò)現(xiàn)代：利用微生物的特定性狀，通過(guò)現(xiàn)代工程技術(shù)在生物反應(yīng)器中生產(chǎn)有用物質(zhì)的一種技工程技術(shù)在生物反應(yīng)器中生產(chǎn)有用物質(zhì)的一種技術(shù)體系。術(shù)體系。二、發(fā)酵工程的發(fā)展簡(jiǎn)史二、發(fā)酵工程的發(fā)展簡(jiǎn)史19世紀(jì)或更早世紀(jì)或更早:釀酒、酒變質(zhì)釀酒、酒變質(zhì)20世紀(jì)初：一戰(zhàn)世紀(jì)初：一戰(zhàn)-丙酮丁醇的發(fā)酵丙酮丁醇的發(fā)酵1929年年1942：青霉素的發(fā)現(xiàn)及生產(chǎn)：青霉素的發(fā)現(xiàn)及生產(chǎn)20 世紀(jì)世紀(jì)40 年代：抗生素工業(yè)年代：抗生素工業(yè) 20 世紀(jì)世紀(jì)50 年代：氨基酸發(fā)酵工業(yè)年代

4、：氨基酸發(fā)酵工業(yè) 20世紀(jì)世紀(jì)60年代：酶制劑工業(yè)年代：酶制劑工業(yè)70年代年代：非碳水化合物代替碳水化合物的發(fā)酵：非碳水化合物代替碳水化合物的發(fā)酵 80 年代以來(lái)：重組年代以來(lái)：重組DNA 技術(shù)技術(shù)第一個(gè)第一個(gè) 大規(guī)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的模工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)酵過(guò)程發(fā)酵過(guò)程厭氧發(fā)酵厭氧發(fā)酵 有氧發(fā)酵有氧發(fā)酵三、發(fā)酵類型及微生物發(fā)酵生產(chǎn)的藥物三、發(fā)酵類型及微生物發(fā)酵生產(chǎn)的藥物1.微生物菌體發(fā)酵微生物菌體發(fā)酵 2.微生物的酶微生物的酶 3.微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵 4.微生物轉(zhuǎn)化發(fā)酵微生物轉(zhuǎn)化發(fā)酵 5.微生物特殊機(jī)能的利用微生物特殊機(jī)能的利用 1、微生物菌體發(fā)酵、微生物菌體發(fā)酵定義：是以獲得具有多種

5、用途的微生物菌體細(xì)胞定義：是以獲得具有多種用途的微生物菌體細(xì)胞為目的的產(chǎn)品的發(fā)酵工業(yè)，包括單細(xì)胞的酵母和藻為目的的產(chǎn)品的發(fā)酵工業(yè)，包括單細(xì)胞的酵母和藻類、擔(dān)子菌，生物防治的蘇云金桿菌以及人、畜防類、擔(dān)子菌，生物防治的蘇云金桿菌以及人、畜防治疾病用的疫苗等。治疾病用的疫苗等。特點(diǎn)：細(xì)胞的生長(zhǎng)與產(chǎn)物積累成平行關(guān)系，生長(zhǎng)特點(diǎn)：細(xì)胞的生長(zhǎng)與產(chǎn)物積累成平行關(guān)系，生長(zhǎng)速率最大時(shí)期也是產(chǎn)物合成速率最高階段，生長(zhǎng)穩(wěn)速率最大時(shí)期也是產(chǎn)物合成速率最高階段，生長(zhǎng)穩(wěn)定期產(chǎn)量最高。定期產(chǎn)量最高。2、微生物的酶、微生物的酶 酶的特點(diǎn)：易于工業(yè)化生產(chǎn)，便于改善工酶的特點(diǎn)：易于工業(yè)化生產(chǎn)，便于改善工藝提高產(chǎn)量。藝提高產(chǎn)量。分

6、類：胞內(nèi)酶分類：胞內(nèi)酶 和胞外酶和胞外酶生物合成特點(diǎn)：需要誘導(dǎo)作用，或遭受阻生物合成特點(diǎn)：需要誘導(dǎo)作用，或遭受阻遏、抑制等調(diào)控作用的影響，在菌種選育、遏、抑制等調(diào)控作用的影響，在菌種選育、培養(yǎng)基配制以及發(fā)酵條件等方面需給予注意。培養(yǎng)基配制以及發(fā)酵條件等方面需給予注意。3、微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵、微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵 包括初級(jí)代謝產(chǎn)物、中間代謝產(chǎn)物和次級(jí)包括初級(jí)代謝產(chǎn)物、中間代謝產(chǎn)物和次級(jí)代謝產(chǎn)物。代謝產(chǎn)物。對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期形成的產(chǎn)物是細(xì)胞自身生長(zhǎng)所對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期形成的產(chǎn)物是細(xì)胞自身生長(zhǎng)所必需的，稱為初級(jí)代謝產(chǎn)物或中間代謝產(chǎn)物。必需的，稱為初級(jí)代謝產(chǎn)物或中間代謝產(chǎn)物。各種次級(jí)代謝產(chǎn)物都是在微生物生長(zhǎng)緩慢各種次級(jí)

7、代謝產(chǎn)物都是在微生物生長(zhǎng)緩慢或停止生長(zhǎng)時(shí)期即穩(wěn)定期所產(chǎn)生的，來(lái)自于或停止生長(zhǎng)時(shí)期即穩(wěn)定期所產(chǎn)生的，來(lái)自于中間代謝產(chǎn)物和初級(jí)代謝產(chǎn)物。中間代謝產(chǎn)物和初級(jí)代謝產(chǎn)物。4、微生物轉(zhuǎn)化發(fā)酵、微生物轉(zhuǎn)化發(fā)酵 定義：是利用生物細(xì)胞對(duì)一些化合物某一特定義：是利用生物細(xì)胞對(duì)一些化合物某一特定部位（基團(tuán)）的作用，使它轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)相類定部位（基團(tuán)）的作用，使它轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)相類似但具有更在經(jīng)濟(jì)價(jià)值的化合物。似但具有更在經(jīng)濟(jì)價(jià)值的化合物。最終產(chǎn)物是由微生物細(xì)胞的酶或酶系對(duì)底物最終產(chǎn)物是由微生物細(xì)胞的酶或酶系對(duì)底物某一特定部位進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而形成的。某一特定部位進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而形成的。微生物發(fā)酵生產(chǎn)的藥物：微生物發(fā)酵生產(chǎn)的藥物：

8、主要包括：主要包括：抗生素類抗生素類、氨基酸類氨基酸類、核核苷酸類苷酸類、維生素類維生素類、甾體類激素甾體類激素、治治療酶及酶抑制劑療酶及酶抑制劑5、微生物特殊機(jī)能的利用、微生物特殊機(jī)能的利用 利用微生物消除環(huán)境污染利用微生物消除環(huán)境污染利用微生物發(fā)酵保持生態(tài)平衡利用微生物發(fā)酵保持生態(tài)平衡微生物濕法冶金微生物濕法冶金利用基因工程菌株開(kāi)拓發(fā)酵工程新領(lǐng)域。利用基因工程菌株開(kāi)拓發(fā)酵工程新領(lǐng)域。發(fā)酵的流程：發(fā)酵的流程：空氣空氣空氣凈化處理空氣凈化處理保藏菌種保藏菌種斜面活化斜面活化擴(kuò)大培養(yǎng)擴(kuò)大培養(yǎng)種子罐種子罐主發(fā)酵主發(fā)酵碳源、氮源、碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽等營(yíng)養(yǎng)無(wú)機(jī)鹽等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)物質(zhì)滅菌滅菌產(chǎn)物分離純化產(chǎn)物分

9、離純化成品成品菌種選育菌種選育第二節(jié)第二節(jié) 發(fā)酵過(guò)程中的微生物發(fā)酵過(guò)程中的微生物 微生物：指形體微小微生物：指形體微小(小于小于0.1mm)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在適宜環(huán)境中能迅速生長(zhǎng)繁殖，易變異，通常要借助顯適宜環(huán)境中能迅速生長(zhǎng)繁殖，易變異，通常要借助顯微鏡才能看清楚的生物。目前已經(jīng)知道的微生物約有微鏡才能看清楚的生物。目前已經(jīng)知道的微生物約有10萬(wàn)種，分布在以下各界中：萬(wàn)種，分布在以下各界中：原核生物界原核生物界：例如細(xì)菌、放線菌、藍(lán)藻：例如細(xì)菌、放線菌、藍(lán)藻真菌界真菌界：例如酵母菌、霉菌、大型真菌：例如酵母菌、霉菌、大型真菌原生生物界原生生物界：例如草履蟲(chóng)、變形蟲(chóng)、衣藻：例如草履蟲(chóng)、

10、變形蟲(chóng)、衣藻病毒病毒：例如艾滋病毒、脊髓灰質(zhì)炎病毒、噬菌體：例如艾滋病毒、脊髓灰質(zhì)炎病毒、噬菌體一、常見(jiàn)的藥用微生物一、常見(jiàn)的藥用微生物1、細(xì)菌、細(xì)菌 細(xì)菌的形態(tài)：球形、桿形、螺旋形細(xì)菌的形態(tài)：球形、桿形、螺旋形螺旋菌螺旋菌球菌球菌桿菌桿菌細(xì)菌的繁殖細(xì)菌的繁殖：細(xì)菌的結(jié)構(gòu)細(xì)菌的結(jié)構(gòu)：特殊的結(jié)構(gòu)：特殊的結(jié)構(gòu)：莢膜、鞭毛、芽孢莢膜、鞭毛、芽孢莢膜莢膜 主要成分為多糖，與其致病性有關(guān)。主要成分為多糖，與其致病性有關(guān)。芽孢芽孢 細(xì)菌生長(zhǎng)到一定階段產(chǎn)生的一種抗逆細(xì)菌生長(zhǎng)到一定階段產(chǎn)生的一種抗逆 性很強(qiáng)的性很強(qiáng)的休眠體休眠體,以度過(guò)不良的環(huán)境。以度過(guò)不良的環(huán)境。一般說(shuō)，芽孢不起繁一般說(shuō)，芽孢不起繁殖作用，

11、只起度過(guò)不良殖作用，只起度過(guò)不良環(huán)境的作用，芽孢對(duì)熱、環(huán)境的作用，芽孢對(duì)熱、紫外線和許多有毒化學(xué)紫外線和許多有毒化學(xué)物質(zhì)有很強(qiáng)的抗性物質(zhì)有很強(qiáng)的抗性細(xì)菌的代謝類型：細(xì)菌的代謝類型：自養(yǎng)自養(yǎng)：硝化細(xì)菌、鐵細(xì)菌、硫細(xì)菌等。：硝化細(xì)菌、鐵細(xì)菌、硫細(xì)菌等。異養(yǎng)異養(yǎng)：大腸桿菌、乳酸菌、枯草桿菌等。：大腸桿菌、乳酸菌、枯草桿菌等。腐生腐生依靠分解動(dòng)植物的遺體（尸體、糞便和枯枝依靠分解動(dòng)植物的遺體（尸體、糞便和枯枝落葉），從中吸取有機(jī)物來(lái)生活。例如枯草桿菌，它落葉），從中吸取有機(jī)物來(lái)生活。例如枯草桿菌，它可以引起食物的腐敗。可以引起食物的腐敗。寄生寄生從活的動(dòng)植物體內(nèi)吸取有機(jī)物來(lái)生活。例如從活的動(dòng)植物體內(nèi)吸

12、取有機(jī)物來(lái)生活。例如寄生在腸道內(nèi)的痢疾桿菌，它能夠引起細(xì)菌性痢疾寄生在腸道內(nèi)的痢疾桿菌，它能夠引起細(xì)菌性痢疾需氧型需氧型：好氧性細(xì)菌。如：枯草桿菌、硝化細(xì)菌、鐵：好氧性細(xì)菌。如：枯草桿菌、硝化細(xì)菌、鐵細(xì)菌、根細(xì)菌、根 瘤菌等。瘤菌等。厭氧型厭氧型：厭氧性細(xì)菌。如：破傷風(fēng)桿菌，產(chǎn)甲烷桿菌，：厭氧性細(xì)菌。如：破傷風(fēng)桿菌，產(chǎn)甲烷桿菌，乳酸菌等。乳酸菌等。細(xì)菌的代謝類型與在生態(tài)系統(tǒng)中處于的地位細(xì)菌的代謝類型與在生態(tài)系統(tǒng)中處于的地位?異養(yǎng)需氧型異養(yǎng)需氧型異養(yǎng)厭氧型異養(yǎng)厭氧型自養(yǎng)需氧型自養(yǎng)需氧型自養(yǎng)厭氧型自養(yǎng)厭氧型分解者或消費(fèi)者分解者或消費(fèi)者生產(chǎn)者生產(chǎn)者細(xì)菌的菌落：細(xì)菌的菌落：?jiǎn)蝹€(gè)或者少數(shù)細(xì)菌在固體培養(yǎng)基

13、上大量單個(gè)或者少數(shù)細(xì)菌在固體培養(yǎng)基上大量繁殖時(shí)，會(huì)形成一個(gè)肉眼可見(jiàn)的、具有一定繁殖時(shí)，會(huì)形成一個(gè)肉眼可見(jiàn)的、具有一定形態(tài)結(jié)構(gòu)的子細(xì)胞群體。形態(tài)結(jié)構(gòu)的子細(xì)胞群體。2、放線菌、放線菌介于細(xì)菌和真菌之間的一類微生物介于細(xì)菌和真菌之間的一類微生物放線菌的形態(tài)放線菌的形態(tài)：放線菌的結(jié)構(gòu)放線菌的結(jié)構(gòu) 常見(jiàn)放線菌：常見(jiàn)放線菌：連霉菌屬連霉菌屬 鏈霉素、金霉素、四環(huán)素鏈霉素、金霉素、四環(huán)素諾卡氏菌屬諾卡氏菌屬 利福霉素利福霉素小單孢菌屬小單孢菌屬 慶大霉素慶大霉素游動(dòng)放線菌屬游動(dòng)放線菌屬 創(chuàng)新霉素創(chuàng)新霉素產(chǎn)生抗生素最多產(chǎn)生抗生素最多的一類微生物的一類微生物3、真菌、真菌 傘菌類。屬于真核生物，但不含葉綠素，傘

14、菌類。屬于真核生物，但不含葉綠素，無(wú)根、莖、葉，由單細(xì)胞或多細(xì)胞組成，按無(wú)根、莖、葉，由單細(xì)胞或多細(xì)胞組成，按有性或無(wú)性方式繁殖。在自然界分布廣泛，有性或無(wú)性方式繁殖。在自然界分布廣泛，以寄生或腐生方式存在。以寄生或腐生方式存在。代謝產(chǎn)物代謝產(chǎn)物：抗生素（青、頭孢、灰黃）、維生素、：抗生素（青、頭孢、灰黃）、維生素、酶制劑、各種有機(jī)酸、葡萄糖酸、麥角堿酶制劑、各種有機(jī)酸、葡萄糖酸、麥角堿直接入藥直接入藥：冬蟲(chóng)夏草、麥角、神曲、僵蠶、靈芝：冬蟲(chóng)夏草、麥角、神曲、僵蠶、靈芝等等常見(jiàn)真菌：常見(jiàn)真菌：藻狀菌綱：根霉藻狀菌綱：根霉-生產(chǎn)甾體激素、延胡索素生產(chǎn)甾體激素、延胡索素及酶制劑及酶制劑子囊子囊菌綱

15、菌綱：酵母菌屬：酵母菌屬擔(dān)子菌綱：靈芝擔(dān)子菌綱：靈芝半知菌綱半知菌綱:曲霉屬、青霉屬、頭孢菌屬曲霉屬、青霉屬、頭孢菌屬4、病毒、病毒 化學(xué)組成化學(xué)組成形態(tài)單位形態(tài)單位功能功能排列方式排列方式由蛋白質(zhì)構(gòu)成由蛋白質(zhì)構(gòu)成衣殼粒衣殼粒通常由通常由1-6個(gè)多個(gè)多肽分子組成肽分子組成保護(hù)核酸保護(hù)核酸決定抗原特異性決定抗原特異性使病毒呈現(xiàn)不同的形態(tài)使病毒呈現(xiàn)不同的形態(tài)衣殼衣殼病毒的繁殖病毒的繁殖二、生產(chǎn)菌種的選育二、生產(chǎn)菌種的選育自然選育自然選育自然突變與定向培養(yǎng)自然突變與定向培養(yǎng)誘變育種誘變育種雜交育種雜交育種原生質(zhì)體融合原生質(zhì)體融合基因重組基因重組 自然選育自然選育 以采集土壤為主。一般園田土和耕作以采

16、集土壤為主。一般園田土和耕作過(guò)的沼澤土中，以細(xì)菌和放線菌為主，富過(guò)的沼澤土中，以細(xì)菌和放線菌為主，富含碳水化合物的土壤和沼澤地中，酵母和含碳水化合物的土壤和沼澤地中，酵母和霉菌較多，如一些野果生長(zhǎng)區(qū)和果園內(nèi)。霉菌較多，如一些野果生長(zhǎng)區(qū)和果園內(nèi)。采樣的對(duì)象也可以是植物，腐敗物品，某采樣的對(duì)象也可以是植物，腐敗物品，某些水域等。些水域等。采集對(duì)象：采集對(duì)象：菌種保存：菌種保存：1.斜面低溫保藏法斜面低溫保藏法2.石蠟油封存法石蠟油封存法3.砂土管保藏法砂土管保藏法4.曲法保藏法曲法保藏法5.甘油懸液保藏法甘油懸液保藏法6.冷凍真空干燥保藏法冷凍真空干燥保藏法7.液氮超低溫保藏法液氮超低溫保藏法8.

17、宿主保藏法宿主保藏法第三節(jié)第三節(jié) 發(fā)酵設(shè)備與消毒滅菌發(fā)酵設(shè)備與消毒滅菌發(fā)酵設(shè)備：種子罐、發(fā)酵罐發(fā)酵設(shè)備：種子罐、發(fā)酵罐發(fā)酵罐：生物反應(yīng)器發(fā)酵罐：生物反應(yīng)器需氧微生物反應(yīng)器（通氣發(fā)酵罐）需氧微生物反應(yīng)器（通氣發(fā)酵罐）厭氧微生物反應(yīng)器（嫌氣發(fā)酵罐）厭氧微生物反應(yīng)器（嫌氣發(fā)酵罐）盡量減少雜菌和噬菌體污染是微生物反應(yīng)器所盡量減少雜菌和噬菌體污染是微生物反應(yīng)器所必須具備的第一個(gè)條件。反應(yīng)器內(nèi)壁和管道焊接的必須具備的第一個(gè)條件。反應(yīng)器內(nèi)壁和管道焊接的部分，要求平滑、無(wú)裂縫和塌陷。此外，閥門應(yīng)保部分，要求平滑、無(wú)裂縫和塌陷。此外，閥門應(yīng)保持清潔。所有閥門和接管處必須用蒸汽滅菌。容器持清潔。所有閥門和接管處必

18、須用蒸汽滅菌。容器主體的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單、容易清洗。當(dāng)反應(yīng)器受到的外主體的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單、容易清洗。當(dāng)反應(yīng)器受到的外壓略大于內(nèi)壓時(shí)，要防止液體和空氣從反應(yīng)器外流壓略大于內(nèi)壓時(shí)，要防止液體和空氣從反應(yīng)器外流入器內(nèi)。入器內(nèi)。大部分微生物反應(yīng)器都是針對(duì)微生物懸浮在培大部分微生物反應(yīng)器都是針對(duì)微生物懸浮在培養(yǎng)基中的，統(tǒng)稱為深層發(fā)酵罐的形式。養(yǎng)基中的，統(tǒng)稱為深層發(fā)酵罐的形式。主要內(nèi)容主要內(nèi)容（一）培養(yǎng)基及滅菌（一）培養(yǎng)基及滅菌1.培養(yǎng)基的定義、成份培養(yǎng)基的定義、成份2.培養(yǎng)基的類型培養(yǎng)基的類型3.培養(yǎng)條件培養(yǎng)條件4.培養(yǎng)基確定方法培養(yǎng)基確定方法5.培養(yǎng)基的滅菌：空消、實(shí)消、連消培養(yǎng)基的滅菌：空消、實(shí)消、連消（二）

19、發(fā)酵工程制藥的過(guò)程與控制（二）發(fā)酵工程制藥的過(guò)程與控制1.種子的擴(kuò)大培養(yǎng)種子的擴(kuò)大培養(yǎng)定義、目的定義、目的優(yōu)良的種子應(yīng)具備條件優(yōu)良的種子應(yīng)具備條件幾個(gè)與種子有關(guān)的參數(shù)：發(fā)酵級(jí)數(shù)、種齡、接種幾個(gè)與種子有關(guān)的參數(shù)：發(fā)酵級(jí)數(shù)、種齡、接種量量2.微生物發(fā)酵方式微生物發(fā)酵方式（三）思考題練習(xí)（三）思考題練習(xí)一、培養(yǎng)基及滅菌一、培養(yǎng)基及滅菌（一）、（一）、培養(yǎng)基的定義、成份培養(yǎng)基的定義、成份 培養(yǎng)基（培養(yǎng)基（culture mediumculture medium）：是人工）：是人工配制的，適合微生物生長(zhǎng)繁殖或產(chǎn)生代配制的，適合微生物生長(zhǎng)繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。謝產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。主要成分：主要成分：

20、碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽、生碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽、生長(zhǎng)因子、前體、水長(zhǎng)因子、前體、水1、碳源、碳源 作用：提供微生物菌種的生長(zhǎng)繁殖所需作用：提供微生物菌種的生長(zhǎng)繁殖所需的的能源能源和合成菌體所必需的和合成菌體所必需的碳成分碳成分來(lái)源來(lái)源：糖類、油脂、有機(jī)酸、正烷烴糖類、油脂、有機(jī)酸、正烷烴工業(yè)上常用的糖類：葡萄糖、蜜糖工業(yè)上常用的糖類：葡萄糖、蜜糖2、氮類、氮類 作用：氮源主要用于構(gòu)成菌體細(xì)胞物質(zhì)作用：氮源主要用于構(gòu)成菌體細(xì)胞物質(zhì)（氨基酸，蛋白質(zhì)、核酸等）和含氮代謝物。（氨基酸，蛋白質(zhì)、核酸等）和含氮代謝物。常用的氮源可分為兩大類：有機(jī)氮源和無(wú)常用的氮源可分為兩大類：有機(jī)氮源和無(wú)機(jī)氮源。機(jī)氮源。（1）

21、無(wú)機(jī)氮源：）無(wú)機(jī)氮源：常用：硫酸銨、硝酸鈉常用：硫酸銨、硝酸鈉特點(diǎn)：微生物對(duì)它們的吸收快，所以也稱之謂特點(diǎn)：微生物對(duì)它們的吸收快，所以也稱之謂迅速利用的氮源。但無(wú)機(jī)氮源的迅速利用常會(huì)迅速利用的氮源。但無(wú)機(jī)氮源的迅速利用常會(huì)引起引起pH的變化如：的變化如：(NH4)2SO4 2NH3+2H2SO4 NaNO3+4H2 NH3+2H2O+NaOH 無(wú)機(jī)氮源被菌體作為氮源利用后，培養(yǎng)液中就留下無(wú)機(jī)氮源被菌體作為氮源利用后，培養(yǎng)液中就留下了酸性或堿性物質(zhì)，這種經(jīng)微生物生理作用（代謝）后了酸性或堿性物質(zhì)，這種經(jīng)微生物生理作用（代謝）后能形成酸性物質(zhì)的無(wú)機(jī)氮源叫能形成酸性物質(zhì)的無(wú)機(jī)氮源叫生理酸性物質(zhì)生理酸

22、性物質(zhì)，如硫酸胺，如硫酸胺，若菌體代謝后能產(chǎn)生堿性物質(zhì)的則此種無(wú)機(jī)氮源稱為若菌體代謝后能產(chǎn)生堿性物質(zhì)的則此種無(wú)機(jī)氮源稱為生生理堿性物質(zhì)理堿性物質(zhì)，如硝酸鈉。正確使用生理酸堿性物質(zhì)，對(duì)，如硝酸鈉。正確使用生理酸堿性物質(zhì)，對(duì)穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過(guò)程的穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過(guò)程的pH有積極作用。有積極作用。所以選擇合適的無(wú)機(jī)氮源有兩層意義：所以選擇合適的無(wú)機(jī)氮源有兩層意義：滿足菌體生長(zhǎng)滿足菌體生長(zhǎng) 穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過(guò)程中的穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過(guò)程中的pH（2）有機(jī)氮源）有機(jī)氮源來(lái)源來(lái)源：工業(yè)上常用的有機(jī)氮源都是一些廉價(jià)的：工業(yè)上常用的有機(jī)氮源都是一些廉價(jià)的原料，花生餅粉、黃原料，花生餅粉、黃豆餅粉豆餅粉、棉子餅粉、玉米漿

23、、棉子餅粉、玉米漿、玉米蛋白粉、玉米蛋白粉、牛肉膏牛肉膏、蛋白胨蛋白胨、酵母粉酵母粉、魚(yú)粉、魚(yú)粉、蠶蛹粉、尿素、廢菌絲體和酒糟。蠶蛹粉、尿素、廢菌絲體和酒糟。成分復(fù)雜成分復(fù)雜：除提供氮源外，有些有機(jī)氮源還提：除提供氮源外，有些有機(jī)氮源還提供大量的無(wú)機(jī)鹽及生長(zhǎng)因子供大量的無(wú)機(jī)鹽及生長(zhǎng)因子例例 玉米漿玉米漿：可溶性蛋白、生長(zhǎng)因子（生物可溶性蛋白、生長(zhǎng)因子（生物素）、苯乙酸素）、苯乙酸 較多的乳酸硫、磷、微量元較多的乳酸硫、磷、微量元素等素等工業(yè)常工業(yè)常用用實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室常用常用3、無(wú)機(jī)鹽的微量元素、無(wú)機(jī)鹽的微量元素1、作用：各種不一樣、作用：各種不一樣2、來(lái)源：來(lái)源：C、N源，以鹽的形式補(bǔ)充源，以鹽

24、的形式補(bǔ)充3、用量：根據(jù)具體的產(chǎn)品，以實(shí)驗(yàn)決定用量：根據(jù)具體的產(chǎn)品，以實(shí)驗(yàn)決定4、使用注意點(diǎn)使用注意點(diǎn)A.對(duì)于其它渠道有可能帶入的過(guò)多的某種無(wú)機(jī)離子和對(duì)于其它渠道有可能帶入的過(guò)多的某種無(wú)機(jī)離子和 微量元素在發(fā)酵過(guò)程中必須加以考慮微量元素在發(fā)酵過(guò)程中必須加以考慮例：鐵離子例：鐵離子 青霉素發(fā)酵中，鐵離子的濃度要小于青霉素發(fā)酵中，鐵離子的濃度要小于20g/ml 發(fā)酵罐必須進(jìn)行表面處理發(fā)酵罐必須進(jìn)行表面處理B、使用時(shí)注意鹽的形式（、使用時(shí)注意鹽的形式（pH的變化）的變化）例例：黑曲酶黑曲酶NRRL-330,生產(chǎn)生產(chǎn)-淀粉酶，淀粉酶，P對(duì)酶活的影響對(duì)酶活的影響 pH 酶活酶活不加不加 4.25 120

25、分鐘分鐘加加 K2HPO4 5.45 30分鐘分鐘加加 KH2PO4 4.62 75分鐘分鐘4、生長(zhǎng)因子、前體和產(chǎn)物促進(jìn)劑、生長(zhǎng)因子、前體和產(chǎn)物促進(jìn)劑（1）生長(zhǎng)因子：）生長(zhǎng)因子：通常指那些微生物生長(zhǎng)所必需而通常指那些微生物生長(zhǎng)所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成或且需要量很小，但微生物自身不能合成或 合成合成量不足以滿足機(jī)體生長(zhǎng)需要的有機(jī)化合物。量不足以滿足機(jī)體生長(zhǎng)需要的有機(jī)化合物。廣義廣義說(shuō)，凡是微生物生長(zhǎng)不可缺少的微量有機(jī)物質(zhì)都說(shuō)，凡是微生物生長(zhǎng)不可缺少的微量有機(jī)物質(zhì)都稱為生長(zhǎng)因子稱為生長(zhǎng)因子(又稱生長(zhǎng)素又稱生長(zhǎng)素)，包括氨基酸、嘌呤、，包括氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等；嘧啶、維生素

26、等；狹義狹義說(shuō)，生長(zhǎng)素僅指維生素。說(shuō)，生長(zhǎng)素僅指維生素。與微生物有關(guān)的維生素主要是與微生物有關(guān)的維生素主要是B族維生素，這族維生素，這些維生素是各種酶的活性基的組成部分，沒(méi)有它些維生素是各種酶的活性基的組成部分，沒(méi)有它們，酶就不能活動(dòng)。們，酶就不能活動(dòng)。凡是缺少合成生長(zhǎng)素類物質(zhì)的微生物凡是缺少合成生長(zhǎng)素類物質(zhì)的微生物(即缺少即缺少了合成生長(zhǎng)素過(guò)程中的某種酶了合成生長(zhǎng)素過(guò)程中的某種酶)，統(tǒng)稱為營(yíng)養(yǎng)缺陷，統(tǒng)稱為營(yíng)養(yǎng)缺陷型。型。前體指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接彼微生前體指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接彼微生物在生物合成過(guò)程中合成到物在生物合成過(guò)程中合成到產(chǎn)物產(chǎn)物物分子中去，而其自身的

27、結(jié)物分子中去，而其自身的結(jié)構(gòu)并沒(méi)有多大變化，但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而有較大構(gòu)并沒(méi)有多大變化，但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而有較大的提高。的提高。（2）前體）前體青霉素：分子量青霉素：分子量356苯乙酸苯乙酸:分子量分子量136作用作用：前體有助于提高產(chǎn)量和組份：前體有助于提高產(chǎn)量和組份 P107用量用量：前體的用量可以按分子量衡算，具體使用有個(gè)轉(zhuǎn)化：前體的用量可以按分子量衡算，具體使用有個(gè)轉(zhuǎn)化 率的問(wèn)題率的問(wèn)題例：例：6000單位單位/ml的青霉素的青霉素G,需要多少苯乙酸需要多少苯乙酸 青霉素青霉素6000*0.6（微克）（微克）36mg/ml 苯乙酸（苯乙酸（36*136）/356=13

28、.8mg/ml=1.38%實(shí)際使用時(shí)的轉(zhuǎn)化率在實(shí)際使用時(shí)的轉(zhuǎn)化率在46-90%之間之間 例某廠單耗為：例某廠單耗為：0.337（kg/10億青霉素）億青霉素）轉(zhuǎn)化率為：轉(zhuǎn)化率為：13.8/(0.337/0.6)*36=68%用法用法：前體使用時(shí)普遍采用流加的方法：前體使用時(shí)普遍采用流加的方法 前體一般都有毒性，濃度過(guò)大對(duì)菌體的生長(zhǎng)不利前體一般都有毒性，濃度過(guò)大對(duì)菌體的生長(zhǎng)不利 苯乙酸，一般基礎(chǔ)料中僅僅添加苯乙酸，一般基礎(chǔ)料中僅僅添加0.07%前體相對(duì)價(jià)格較高，添加過(guò)多，容易引起揮發(fā)和氧化，前體相對(duì)價(jià)格較高，添加過(guò)多，容易引起揮發(fā)和氧化，流加也有利于提高前提的轉(zhuǎn)化率流加也有利于提高前提的轉(zhuǎn)化率（

29、3）產(chǎn)物促進(jìn)劑）產(chǎn)物促進(jìn)劑 所謂產(chǎn)物促進(jìn)劑是指那些非細(xì)胞生長(zhǎng)所必須的營(yíng)養(yǎng)物，又所謂產(chǎn)物促進(jìn)劑是指那些非細(xì)胞生長(zhǎng)所必須的營(yíng)養(yǎng)物，又非前體，但加入后卻能提高產(chǎn)量的添加劑。非前體，但加入后卻能提高產(chǎn)量的添加劑。促進(jìn)劑提高產(chǎn)量的機(jī)制還不完全清楚，其原因是多方促進(jìn)劑提高產(chǎn)量的機(jī)制還不完全清楚，其原因是多方面的。面的。有些促進(jìn)劑本身是酶的誘導(dǎo)物；有些促進(jìn)劑本身是酶的誘導(dǎo)物；有些促進(jìn)劑是表面活性劑，可改善細(xì)胞的透性，改善有些促進(jìn)劑是表面活性劑，可改善細(xì)胞的透性，改善 細(xì)胞與氧的接觸從而促進(jìn)酶的分泌與生產(chǎn)，細(xì)胞與氧的接觸從而促進(jìn)酶的分泌與生產(chǎn)，也有人認(rèn)為表面活性劑對(duì)酶的表面失活有保護(hù)作用；也有人認(rèn)為表面活性劑

30、對(duì)酶的表面失活有保護(hù)作用；有些促進(jìn)劑的作用是沉淀或螯合有害的重金屬離子。有些促進(jìn)劑的作用是沉淀或螯合有害的重金屬離子。（5）水）水 對(duì)于發(fā)酵工廠來(lái)說(shuō)，恒定的水源是至關(guān)重要的，因?yàn)樵趯?duì)于發(fā)酵工廠來(lái)說(shuō)，恒定的水源是至關(guān)重要的，因?yàn)樵诓煌粗写嬖诘母鞣N因素對(duì)微生物發(fā)酵代謝影響甚大。不同水源中存在的各種因素對(duì)微生物發(fā)酵代謝影響甚大。水源質(zhì)量的主要考慮參數(shù)包括水源質(zhì)量的主要考慮參數(shù)包括pH值、溶解氧、可溶值、溶解氧、可溶性固體、污染程度以及礦物質(zhì)組成和含量。性固體、污染程度以及礦物質(zhì)組成和含量。對(duì)于釀造行業(yè)，水的重要性不言而喻對(duì)于釀造行業(yè)，水的重要性不言而喻對(duì)于常規(guī)發(fā)酵，可靠、持久，能提供大量成分一致

31、清潔的對(duì)于常規(guī)發(fā)酵，可靠、持久，能提供大量成分一致清潔的水。水。（二）培養(yǎng)基的類型（二）培養(yǎng)基的類型液體用 途化學(xué)成分物理性質(zhì)作 用類 型分類依據(jù)半固體固體合成天然孢子培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基 工業(yè)生產(chǎn) 觀察微生物的運(yùn)動(dòng)、鑒定菌種的分離、計(jì)數(shù)分類、鑒定工業(yè)生產(chǎn)供菌種繁殖孢子提供大量?jī)?yōu)質(zhì)的菌體累積代謝產(chǎn)物固體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基基礎(chǔ)培養(yǎng)基基礎(chǔ)培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基：在培養(yǎng)基內(nèi)加入某種化學(xué)物質(zhì)或：在培養(yǎng)基內(nèi)加入某種化學(xué)物質(zhì)或去除某些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以抑制雜菌。去除某些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以抑制雜菌。加富培養(yǎng)基加富培養(yǎng)基：在培養(yǎng)基中加入特定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，：

32、在培養(yǎng)基中加入特定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，以供少數(shù)特殊需要的微生物生長(zhǎng)的培養(yǎng)基。以供少數(shù)特殊需要的微生物生長(zhǎng)的培養(yǎng)基。富集培養(yǎng)富集培養(yǎng)：在培養(yǎng)基中加入特別的營(yíng)養(yǎng)要素以：在培養(yǎng)基中加入特別的營(yíng)養(yǎng)要素以增殖少數(shù)微生物的培養(yǎng)方式。增殖少數(shù)微生物的培養(yǎng)方式。發(fā)酵培養(yǎng)基的要求：發(fā)酵培養(yǎng)基的要求：培養(yǎng)基能夠滿足產(chǎn)物最經(jīng)濟(jì)的合成。培養(yǎng)基能夠滿足產(chǎn)物最經(jīng)濟(jì)的合成。發(fā)酵后所形成的副產(chǎn)物盡可能的少。發(fā)酵后所形成的副產(chǎn)物盡可能的少。培養(yǎng)基的原料應(yīng)因地制宜，價(jià)格低廉；且培養(yǎng)基的原料應(yīng)因地制宜，價(jià)格低廉；且性能穩(wěn)定，資源豐富，便于采購(gòu)運(yùn)輸，適合性能穩(wěn)定，資源豐富，便于采購(gòu)運(yùn)輸，適合大規(guī)模儲(chǔ)藏，能保證生產(chǎn)上的大規(guī)模儲(chǔ)藏，能保證生產(chǎn)上

33、的 供應(yīng)。供應(yīng)。所選用的培養(yǎng)基應(yīng)能滿足總體工藝的要求，所選用的培養(yǎng)基應(yīng)能滿足總體工藝的要求，如不應(yīng)該影響通氣、提取、純化及廢物處理如不應(yīng)該影響通氣、提取、純化及廢物處理等。等。合成培養(yǎng)基合成培養(yǎng)基 :原料其化學(xué)成分明確、穩(wěn)定原料其化學(xué)成分明確、穩(wěn)定 適合于研究菌種基本代謝和過(guò)程的物質(zhì)變化適合于研究菌種基本代謝和過(guò)程的物質(zhì)變化規(guī)律培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)單一，價(jià)格較高，不適合用規(guī)律培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)單一，價(jià)格較高，不適合用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn) 天然培養(yǎng)基天然培養(yǎng)基：采用天然原料：采用天然原料 原料來(lái)源豐富原料來(lái)源豐富(大多為農(nóng)副產(chǎn)品大多為農(nóng)副產(chǎn)品)、價(jià)格低廉、價(jià)格低廉、適于工業(yè)適于工業(yè) 化生產(chǎn)；原料質(zhì)量等

34、方面不加控制化生產(chǎn)；原料質(zhì)量等方面不加控制會(huì)影響生產(chǎn)穩(wěn)定性會(huì)影響生產(chǎn)穩(wěn)定性 培養(yǎng)大腸桿菌常用兩種培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌常用兩種培養(yǎng)基：M培養(yǎng)基培養(yǎng)基(1L)：Na2HPO4 6g，KH2PO4 3g，NaCl 0.5g，NH4Cl 1g，MgSO4.7H2O 0.5g，CaCl2 0.011g，葡萄糖，葡萄糖 2-10,pH 7.0 YPS培養(yǎng)基培養(yǎng)基：酪蛋白胨（日本大五營(yíng)養(yǎng)）：酪蛋白胨（日本大五營(yíng)養(yǎng)）10g，酵母提取物（英國(guó)酵母提取物（英國(guó)Oxoid）5g,NaCl 10g，PH 7.2 固體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基:適合于菌種和孢子的培養(yǎng)和保存，適合于菌種和孢子的培養(yǎng)和保存，也廣泛應(yīng)用于有子實(shí)體的真菌

35、類，如香菇、白也廣泛應(yīng)用于有子實(shí)體的真菌類，如香菇、白木耳等的生產(chǎn)木耳等的生產(chǎn) 半固體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基:即在配好的液體培養(yǎng)基中加入少即在配好的液體培養(yǎng)基中加入少量的瓊脂，一般用量為量的瓊脂，一般用量為0.5%0.8%,主要用于主要用于微生物的鑒定。微生物的鑒定。液體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基:80%90%是水，其中配有可溶性是水，其中配有可溶性的或不溶性的或不溶性 的營(yíng)養(yǎng)成分，是發(fā)酵工業(yè)大規(guī)模使的營(yíng)養(yǎng)成分，是發(fā)酵工業(yè)大規(guī)模使用的培養(yǎng)基。用的培養(yǎng)基。（三）培養(yǎng)條件（三）培養(yǎng)條件1.溫度溫度 2.pH值值 3.氧氧4.種齡種齡5.接種量接種量1、溫度、溫度 通常在生物學(xué)范圍內(nèi)每升高通常在生物學(xué)范圍內(nèi)每升高

36、1010，生，生長(zhǎng)速度就加快一倍，所以溫度直接影響酶長(zhǎng)速度就加快一倍，所以溫度直接影響酶反應(yīng)，對(duì)于微生物來(lái)說(shuō)，溫度直接影響其反應(yīng)，對(duì)于微生物來(lái)說(shuō)，溫度直接影響其生長(zhǎng)和合成酶。生長(zhǎng)和合成酶。機(jī)體的重要組成如蛋白質(zhì)、核酸等都對(duì)機(jī)體的重要組成如蛋白質(zhì)、核酸等都對(duì)溫度較敏感，隨著溫度的增高有可能遭受溫度較敏感，隨著溫度的增高有可能遭受不可逆的破壞。不可逆的破壞。微生物可生長(zhǎng)的溫度范圍較廣，總體微生物可生長(zhǎng)的溫度范圍較廣，總體說(shuō)在說(shuō)在-10-109595。2、pH值值 培養(yǎng)基中的培養(yǎng)基中的pHpH值與微生物生命活動(dòng)有著密切值與微生物生命活動(dòng)有著密切關(guān)系，各種微生物有其可以生長(zhǎng)的和最適生長(zhǎng)的關(guān)系，各種微生

37、物有其可以生長(zhǎng)的和最適生長(zhǎng)的pHpH范圍。范圍。微生物通過(guò)其活動(dòng)也能改變環(huán)境的微生物通過(guò)其活動(dòng)也能改變環(huán)境的pHpH值。值。發(fā)酵過(guò)程中，控制發(fā)酵液的發(fā)酵過(guò)程中，控制發(fā)酵液的pHpH值是控制生產(chǎn)的值是控制生產(chǎn)的指標(biāo)之一，指標(biāo)之一，pHpH值過(guò)高、過(guò)低都會(huì)影響微生物的生值過(guò)高、過(guò)低都會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)繁殖以及代謝產(chǎn)物的積累。長(zhǎng)繁殖以及代謝產(chǎn)物的積累?？刂瓶刂苝HpH值不但可以保證微生物良好的生長(zhǎng)，而值不但可以保證微生物良好的生長(zhǎng)，而且可以防止雜菌的污染且可以防止雜菌的污染 一般來(lái)說(shuō)，高碳源培養(yǎng)基傾向于向酸性一般來(lái)說(shuō)，高碳源培養(yǎng)基傾向于向酸性pHpH轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移，高氮源培養(yǎng)基傾向于向堿性高氮源培養(yǎng)基傾

38、向于向堿性pHpH轉(zhuǎn)移，這都跟碳氮轉(zhuǎn)移，這都跟碳氮比直接有關(guān)。比直接有關(guān)。微生物對(duì)氧的需要不同，是由于依賴獲得能微生物對(duì)氧的需要不同，是由于依賴獲得能量的代謝方面的差異。好氣性菌主要是有氧呼吸量的代謝方面的差異。好氣性菌主要是有氧呼吸或氧化代謝，厭氣菌為厭氣發(fā)酵或氧化代謝，厭氣菌為厭氣發(fā)酵(分子間呼吸分子間呼吸)，兼性厭氣菌則兩者兼而有之。兼性厭氣菌則兩者兼而有之。不同微生物或同一微生物的不同生長(zhǎng)階段對(duì)不同微生物或同一微生物的不同生長(zhǎng)階段對(duì)通風(fēng)量的要求也不相同。通風(fēng)量的要求也不相同。通風(fēng)和攪拌通風(fēng)和攪拌-攪拌攪拌則能使新鮮氧氣更好則能使新鮮氧氣更好地與培養(yǎng)液混合，保證氧的最大限度溶解，并且地與

39、培養(yǎng)液混合，保證氧的最大限度溶解，并且攪拌有利于熱交換，使培養(yǎng)液的溫度一致，還有攪拌有利于熱交換，使培養(yǎng)液的溫度一致，還有利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝物的分散。此外，擋板則有利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝物的分散。此外，擋板則有助于攪拌，使其效果更好。助于攪拌，使其效果更好。3、氧、氧4、種齡與接種量、種齡與接種量 種子培養(yǎng)期應(yīng)取菌種的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期為宜，菌種子培養(yǎng)期應(yīng)取菌種的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期為宜，菌種過(guò)嫩或過(guò)老，不但延長(zhǎng)發(fā)酵周期，而且會(huì)降低種過(guò)嫩或過(guò)老，不但延長(zhǎng)發(fā)酵周期，而且會(huì)降低產(chǎn)量。產(chǎn)量。接種量的大小直接影響發(fā)酵周期。大量地接接種量的大小直接影響發(fā)酵周期。大量地接入培養(yǎng)成熟的菌種的優(yōu)點(diǎn)：入培養(yǎng)成熟的菌種的優(yōu)點(diǎn)：1.1.

40、可以縮短生長(zhǎng)過(guò)程的延緩期，因而縮短了發(fā)酵可以縮短生長(zhǎng)過(guò)程的延緩期，因而縮短了發(fā)酵周期，提高了設(shè)備利用率，周期，提高了設(shè)備利用率，2.2.節(jié)約了發(fā)酵培養(yǎng)的動(dòng)力消耗，節(jié)約了發(fā)酵培養(yǎng)的動(dòng)力消耗，3.3.并有利于減少染菌機(jī)會(huì)并有利于減少染菌機(jī)會(huì) 一般都將菌種擴(kuò)大培養(yǎng)，進(jìn)行兩級(jí)發(fā)酵或三級(jí)發(fā)一般都將菌種擴(kuò)大培養(yǎng)，進(jìn)行兩級(jí)發(fā)酵或三級(jí)發(fā)酵。接種量和培養(yǎng)物的生長(zhǎng)過(guò)程的延緩期長(zhǎng)短呈反比。酵。接種量和培養(yǎng)物的生長(zhǎng)過(guò)程的延緩期長(zhǎng)短呈反比。接種量過(guò)多也無(wú)必要。因培養(yǎng)種子費(fèi)時(shí)，而且過(guò)多地接種量過(guò)多也無(wú)必要。因培養(yǎng)種子費(fèi)時(shí)，而且過(guò)多地移人代謝廢物，反而會(huì)影響正常發(fā)酵。移人代謝廢物，反而會(huì)影響正常發(fā)酵。（四）培養(yǎng)基確定方法（

41、四）培養(yǎng)基確定方法（1 1）首先必須做好調(diào)查研究工作，了解菌）首先必須做好調(diào)查研究工作，了解菌種的來(lái)源、生活習(xí)慣、生理生化特性和一種的來(lái)源、生活習(xí)慣、生理生化特性和一般的營(yíng)養(yǎng)要求。般的營(yíng)養(yǎng)要求。工業(yè)生產(chǎn)主要應(yīng)用細(xì)菌、放線菌、酵母菌工業(yè)生產(chǎn)主要應(yīng)用細(xì)菌、放線菌、酵母菌和霉菌四大類微生物。它們對(duì)營(yíng)養(yǎng)的要求和霉菌四大類微生物。它們對(duì)營(yíng)養(yǎng)的要求既有共性，也有各自的特性，應(yīng)根據(jù)不同既有共性，也有各自的特性，應(yīng)根據(jù)不同類型微生物的生理特性考慮培養(yǎng)基的組成。類型微生物的生理特性考慮培養(yǎng)基的組成。（2 2）其次，對(duì)生產(chǎn)菌種的培養(yǎng)條件，生物合成）其次，對(duì)生產(chǎn)菌種的培養(yǎng)條件，生物合成的代謝途徑，代謝產(chǎn)物的化學(xué)性質(zhì)

42、、分子結(jié)構(gòu)、的代謝途徑，代謝產(chǎn)物的化學(xué)性質(zhì)、分子結(jié)構(gòu)、一般提煉方法和產(chǎn)品質(zhì)量要求等也需要有所了解，一般提煉方法和產(chǎn)品質(zhì)量要求等也需要有所了解，以便在選擇培養(yǎng)基時(shí)做到心中有數(shù)以便在選擇培養(yǎng)基時(shí)做到心中有數(shù)（3 3）最好先選擇一種較好的化學(xué)合成培養(yǎng)基做）最好先選擇一種較好的化學(xué)合成培養(yǎng)基做基礎(chǔ)，開(kāi)始時(shí)先做一些搖瓶試驗(yàn)基礎(chǔ)，開(kāi)始時(shí)先做一些搖瓶試驗(yàn);然后進(jìn)一步做小型發(fā)酵罐培養(yǎng)，摸索菌種對(duì)各種然后進(jìn)一步做小型發(fā)酵罐培養(yǎng)，摸索菌種對(duì)各種主要有機(jī)碳源和氮源的利用情況和產(chǎn)生代謝產(chǎn)物主要有機(jī)碳源和氮源的利用情況和產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的能力。的能力。注意培養(yǎng)過(guò)程中的注意培養(yǎng)過(guò)程中的pHpH變化，觀察適合于菌種生長(zhǎng)變化，觀

43、察適合于菌種生長(zhǎng)繁殖和適合于代謝產(chǎn)物形成的兩種不同繁殖和適合于代謝產(chǎn)物形成的兩種不同pHpH，不斷，不斷調(diào)整配比來(lái)適應(yīng)上述各種情況。調(diào)整配比來(lái)適應(yīng)上述各種情況。（4 4）注意每次只限一個(gè)變動(dòng)條件。有了初步結(jié)果以）注意每次只限一個(gè)變動(dòng)條件。有了初步結(jié)果以后，先確定一個(gè)培養(yǎng)基配比。其次再確定各種重要后，先確定一個(gè)培養(yǎng)基配比。其次再確定各種重要的金屬和非金屬離子對(duì)發(fā)酵的影響，即對(duì)各種無(wú)機(jī)的金屬和非金屬離子對(duì)發(fā)酵的影響，即對(duì)各種無(wú)機(jī)元素的營(yíng)養(yǎng)要求，試驗(yàn)其最高、最低和最適用量。元素的營(yíng)養(yǎng)要求，試驗(yàn)其最高、最低和最適用量。在合成培養(yǎng)基上得出一定結(jié)果后，再做復(fù)合培養(yǎng)基在合成培養(yǎng)基上得出一定結(jié)果后，再做復(fù)合培

44、養(yǎng)基試驗(yàn)。最后試驗(yàn)各種發(fā)酵條件和培養(yǎng)基的關(guān)系。培試驗(yàn)。最后試驗(yàn)各種發(fā)酵條件和培養(yǎng)基的關(guān)系。培養(yǎng)基內(nèi)養(yǎng)基內(nèi)pHpH可由添加碳酸鈣來(lái)調(diào)節(jié)，其他如硝酸鈉、可由添加碳酸鈣來(lái)調(diào)節(jié)，其他如硝酸鈉、硫酸銨也可用來(lái)調(diào)節(jié)。硫酸銨也可用來(lái)調(diào)節(jié)。（5 5）有些發(fā)酵產(chǎn)物，如抗生素等，除了配制培養(yǎng)有些發(fā)酵產(chǎn)物，如抗生素等，除了配制培養(yǎng)基以外，還要通過(guò)中間補(bǔ)料法，一面對(duì)碳及氮的代基以外，還要通過(guò)中間補(bǔ)料法，一面對(duì)碳及氮的代謝予以適當(dāng)?shù)目刂?，一面間歇添加各種養(yǎng)料和前體謝予以適當(dāng)?shù)目刂疲幻骈g歇添加各種養(yǎng)料和前體類物質(zhì)，引導(dǎo)發(fā)酵走向合成產(chǎn)物的途徑。類物質(zhì)，引導(dǎo)發(fā)酵走向合成產(chǎn)物的途徑。（6 6）根據(jù)生產(chǎn)和科學(xué)研究的需要選擇培養(yǎng)

45、基）根據(jù)生產(chǎn)和科學(xué)研究的需要選擇培養(yǎng)基(7)(7)根據(jù)經(jīng)濟(jì)效益選擇培并基原料根據(jù)經(jīng)濟(jì)效益選擇培并基原料（五）培養(yǎng)基的滅菌（五）培養(yǎng)基的滅菌主要濕熱滅菌主要濕熱滅菌空罐滅菌（空消）空罐滅菌（空消）實(shí)罐滅菌（實(shí)消）實(shí)罐滅菌（實(shí)消）連續(xù)滅菌（連消）連續(xù)滅菌（連消）二、發(fā)酵工程制藥的過(guò)程與控制二、發(fā)酵工程制藥的過(guò)程與控制一、菌種的擴(kuò)大與培養(yǎng)一、菌種的擴(kuò)大與培養(yǎng) 種子擴(kuò)大培養(yǎng)是指將保存在砂土管、冷凍種子擴(kuò)大培養(yǎng)是指將保存在砂土管、冷凍干燥管中處休眠狀態(tài)的生產(chǎn)菌種接入試管斜面干燥管中處休眠狀態(tài)的生產(chǎn)菌種接入試管斜面活化后，再經(jīng)過(guò)扁瓶或搖瓶及種子罐逐級(jí)擴(kuò)大活化后，再經(jīng)過(guò)扁瓶或搖瓶及種子罐逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)培養(yǎng),最

46、終獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種過(guò)程。最終獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種過(guò)程。這些純種培養(yǎng)物稱為種子。這些純種培養(yǎng)物稱為種子。種子擴(kuò)大培養(yǎng)的概念種子擴(kuò)大培養(yǎng)的概念:種子擴(kuò)培的目的種子擴(kuò)培的目的q 接種量的需要接種量的需要q 菌種的馴化菌種的馴化q 縮短發(fā)酵時(shí)間、保證生產(chǎn)水平縮短發(fā)酵時(shí)間、保證生產(chǎn)水平種子的要求：種子的要求：q 總量及濃度能滿足要求總量及濃度能滿足要求q 生理狀況穩(wěn)定，個(gè)體與群體生理狀況穩(wěn)定，個(gè)體與群體q 無(wú)雜菌污染無(wú)雜菌污染q 活力強(qiáng)，移種至發(fā)酵后，能夠迅速生長(zhǎng)活力強(qiáng)，移種至發(fā)酵后，能夠迅速生長(zhǎng)種子制備的過(guò)程種子制備的過(guò)程實(shí)驗(yàn)室階段：實(shí)驗(yàn)室階段：不用種子罐，所用的設(shè)備為培養(yǎng)箱、搖床等實(shí)不用

47、種子罐，所用的設(shè)備為培養(yǎng)箱、搖床等實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)設(shè)備，在工廠這些培養(yǎng)過(guò)程一般都在菌種室完成，驗(yàn)室常見(jiàn)設(shè)備，在工廠這些培養(yǎng)過(guò)程一般都在菌種室完成，因此現(xiàn)象地將這些培養(yǎng)過(guò)程稱為實(shí)驗(yàn)室階段的種子培養(yǎng)。因此現(xiàn)象地將這些培養(yǎng)過(guò)程稱為實(shí)驗(yàn)室階段的種子培養(yǎng)。生產(chǎn)車間階段生產(chǎn)車間階段：種子培養(yǎng)在種子罐里面進(jìn)行，一般在工程歸種子培養(yǎng)在種子罐里面進(jìn)行，一般在工程歸為發(fā)酵車間管理，因此形象地稱這些培養(yǎng)過(guò)程為生產(chǎn)車間為發(fā)酵車間管理，因此形象地稱這些培養(yǎng)過(guò)程為生產(chǎn)車間階段。階段。幾個(gè)與種子有關(guān)的參數(shù)：幾個(gè)與種子有關(guān)的參數(shù)：發(fā)酵級(jí)數(shù)發(fā)酵級(jí)數(shù)種齡種齡接種量接種量 種子制備過(guò)程舉例種子制備過(guò)程舉例一、谷氨酸生產(chǎn)的種子制備一、谷氨

48、酸生產(chǎn)的種子制備制備過(guò)程制備過(guò)程斜面菌種斜面菌種一級(jí)種子培養(yǎng)一級(jí)種子培養(yǎng)二級(jí)種子培養(yǎng)二級(jí)種子培養(yǎng)發(fā)酵發(fā)酵1、斜面、斜面(AS1.299)培養(yǎng)基：蛋白胨培養(yǎng)基：蛋白胨 1%，牛肉膏，牛肉膏1%，氯化鈉，氯化鈉 0.5 瓊脂瓊脂 2%，pH 7.0-7.2培養(yǎng)基特點(diǎn)：培養(yǎng)基特點(diǎn)：有利于菌體的生長(zhǎng)，原料比較精細(xì)有利于菌體的生長(zhǎng)，原料比較精細(xì)培養(yǎng)條件：培養(yǎng)條件：32，生長(zhǎng)，生長(zhǎng)18-24小時(shí)小時(shí)生長(zhǎng)斜面要求：生長(zhǎng)斜面要求：生長(zhǎng)良好，所使用斜面連續(xù)傳代不超過(guò)生長(zhǎng)良好，所使用斜面連續(xù)傳代不超過(guò) 3次次2.一級(jí)一級(jí)種子（搖瓶）種子（搖瓶）培養(yǎng)條件：于培養(yǎng)條件：于1000ml三角瓶中，裝液三角瓶中，裝液200

49、-250ml,32培培 養(yǎng)養(yǎng)12小時(shí)。小時(shí)。培養(yǎng)基：葡萄糖培養(yǎng)基：葡萄糖2%，尿素，尿素0.5%，玉米漿，玉米漿 2.5%，K2HPO4 0.1%培養(yǎng)基特點(diǎn)：培養(yǎng)基特點(diǎn)：有利于菌體的生長(zhǎng)，所使用的原料已經(jīng)基有利于菌體的生長(zhǎng)，所使用的原料已經(jīng)基 本接近于發(fā)酵培養(yǎng)基本接近于發(fā)酵培養(yǎng)基3.二級(jí)種子二級(jí)種子(種子罐種子罐)培養(yǎng)條件：在種子罐中培養(yǎng)（容積為發(fā)酵罐的培養(yǎng)條件：在種子罐中培養(yǎng)（容積為發(fā)酵罐的1%(10%)），），32培養(yǎng)培養(yǎng)7-10個(gè)小時(shí)個(gè)小時(shí)培養(yǎng)基：和一級(jí)種子相似，其中葡萄糖用水解糖代替，培養(yǎng)基：和一級(jí)種子相似，其中葡萄糖用水解糖代替，濃度為濃度為2.5%培養(yǎng)基的特點(diǎn)培養(yǎng)基的特點(diǎn)：長(zhǎng)菌體，

50、更接近于發(fā)酵培養(yǎng)基：長(zhǎng)菌體，更接近于發(fā)酵培養(yǎng)基種子的質(zhì)量要求：種子的質(zhì)量要求：108-109個(gè)個(gè)/ml大小均勻，呈單個(gè)或八字排列大小均勻，呈單個(gè)或八字排列PH 7.0-7.2時(shí)結(jié)束，時(shí)結(jié)束，6.887.0-7.2活力旺盛活力旺盛二、青霉素生產(chǎn)的種子制備二、青霉素生產(chǎn)的種子制備制備過(guò)程制備過(guò)程安培管安培管 斜面孢子斜面孢子 大米孢子大米孢子 一級(jí)種子一級(jí)種子 二級(jí)種子二級(jí)種子 發(fā)酵發(fā)酵1、斜面孢子、斜面孢子培養(yǎng)基：甘油、培養(yǎng)基：甘油、葡萄糖、葡萄糖、蛋白胨等蛋白胨等培養(yǎng)基特點(diǎn)培養(yǎng)基特點(diǎn)：有利于長(zhǎng)孢子，用量少而精細(xì)有利于長(zhǎng)孢子，用量少而精細(xì)培養(yǎng)條件：培養(yǎng)條件：25、7天天,注意濕度注意濕度50%左

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